Геоэкологическая оценка территорий по влиянию добычи металлов и биотехнологии в Башкортостане

Отходы горно-обогатительного и металлургического производств занимают огромные территории и являются источником экологического риска из-за попадания вредных составляющих в атмосферу, почву и воду. Металлургические предпри- ятия в Республике Башкортостан (РБ) представлены ОАО «Белорецкий металлургический комбинат» и АО «Учалинский горно-обогатительный комбинат» (табл. 1).

Таблица 1. Данные о деятельности металлургических предприятий РБ

Вид металлургии	Название предприятия	Деятельность
Черная	ОАО «Белорецкий металлургический комбинат»	Производство катанки, стальной проволоки из углеродистых, легированных и нержавеющих сталей, канатов различных конструкций, гвоздей, сеток и т.д.
Цветная	АО   «Учалинский   горно– обогатительный комбинат»	добыча и переработка медно–колчеданных руд, производство медного, цинкового концентрата, серного флотационного колчедана и т.д.

Государственными балансами запасов по рудным полезным ископаемым в РБ насчитывается 268 месторождений, на ко-

торых ведется добыча медьсодержащих и железных руд, а также золота россыпного (рис. 1) [1].

Рис. 1. Объемы добычи основных видов металлосодержащих полезных ископаемых за

2015-2019 гг. [1-5]

Как видно из диаграммы, больше всего в Башкортостане добывают медь, цинк, а также в 2019 году началось осуществление добычи железосодержащих руд.

Выбросы от предприятий черной и цветной металлургии вносят значительный вклад в загрязнение атмосферного воздуха, и последние несколько лет объемы выбросов только возрастают (рис. 2) [1].

■ ОАО "БМК"          ■ АО "Учалинский ГОК"

Рис. 2. Объемы валовых выбросов от предприятий добычи металлов в Республике Башкортостан за 2015-2019 гг. [1-5]

Данные по водоотведению от предприятий металлургии представлены ниже (рис. 3).

■ АО "БГК" ■ АО "Учалинский ГОК"

Рис. 3. Водоотведение в поверхностные водные объекты от предприятий черной и цветной металлургии Республики Башкортостан за 2015-2019 гг. [1-5]

Весь объем стоков относится к категории «загрязненные – недостаточно-очищенные сточные воды» [1].

По отрасли по-прежнему остаются нерешенными проблемы обеспечения эффективной работы очистных сооружений, строительства локальных очистных со- оружений, качественной очистки сточных вод при сбросе в водоем (по марганцу, нефтепродуктам, меди, железу, цинку, хрому).

Образование отходов также является большой проблемой (рис. 4).

Рис. 4. Движение отходов на предприятиях по добыче металлов на территории Республики Башкортостан за 2015-2019 гг. [1-5]

Резкое снижение объемов накопленных отходов в 2018 году обусловлено использованием их для наращивания дамбы хво-стохранилища, отсыпки дорог и закладки шахтных выработок, на обваловку карьера «Дергамышский», строительство обводного канала и другие мероприятия [5].

При добыче и переработке металлов возникают проблемы, связанные с небиоразлагаемой природы металлических загрязнителей, их превращения в токсичные и канцерогенные соединения и биоаккумуляции в пищевой цепи.

Итак, можно выделить основные проблемы, возникающие в связи с деятельностью горнодобывающих и горноперерабатывающих предприятий, такие как истощение минерально-сырьевых ресурсов, отчуждение плодородных пахотных земель для нужд горнодобывающего производства, нарушение природных ландшафтов, загрязняющее воздействие на окружающую среду, при проведении геологоразведочных и горных работ, загрязнение окружающей среды в результате переработки, транспортировки и использовании полезных ископаемых промышленными предприятиями.

Для решения возникающих при добыче металлов экологических проблем, в настоящее время развиваются способы снижения негативного воздействия данного вида деятельности, в частности с использованием биотехнологий.

Безусловными лидерами в процессах низкотемпературного бактериальнохимического выщелачивания металлов являются представители мезофильных хемо-литотрофных бактерий рода Acidithiobacillus. Acidithiobacillus ferrooxidans считается важным представителем бактерий, используемых для кучного и чанового биохимического выщелачивания [6].

Среди относительно новых способов добычи металлов, а также способов очищения загрязненных почв особое место занимает фитодобыча, суть которой заключается в использовании естественной способности растений аккумулировать тяжелые металлы с последующей утилизацией этих растений (компостирование, сжигание и др.) с целью получения металлов. Очевидны как достоинства, так и недостатки фитодобычи (табл. 2).

Таблица 2. Особенности фитодобычи металлов

Достоинства

Недостатки

Способ имеет гораздо более упрощенную техническую и технологическую схему производства по сравнению с традиционными методами добычи металлов и как следствие требует меньших капитальных затрат.

Существует необходимость применения токсичных реагентов; узкая область применения, т.к. почва должна удовлетворять ряду требований для благоприятного выращивания гипераккумуляторов; для получения положительного экономического эффекта от фитодобычи необходимо наличие определенной концентрации металлов в почве; ограниченные объемы производства; сезонность производства (получение металлов возможно только в период вегетации растений).

Данное направление исследований представляет огромный интерес для промышленных регионов РФ, таких как Южный Урал (в том числе Башкортостан) и другие, где сконцентрирована основная часть экологически опасных производств, оказывающих негативное воздействие на окружающую среду [7].

В настоящий момент, в исследованиях по рекультивации земель, где добывают редкоземельные металлы, предлагается использовать Paspalum conjugatum. Обнаружено, что при использовании данного гипераккумулирующего многолетнего растения концентрации Pb и Cd в почве значительно снизились. P. conjugatum устойчив к засухе и проявляет повышенную ферментативную активность. Эти результаты позволяют предположить, что P. conjugatum можно использовать для эффективной фиторемедиации почв, загрязненных Pb и Cd [8].

В одной из изученных работ описывается рост экономического интереса к металлам платиновой группы, редкоземельным элементам и другим загрязнителям, образующимся при добыче металлов. Отмечается рост внимания к их извлечению в виде наночастиц с помощью микробов Thermoanaerobacter, их уникальным характеристикам и применению в качестве про-тивомикробных и антибиотикопленочных агентов, для очистки сточных вод и т.д. Утверждается, что микробный синтез наночастиц представляет собой безопасную и экологически чистую альтернативу химическим и физическим методам [9].

В одном из рассмотренных исследований была протестирована интегрированная биотехнология для восстановления растительного покрова, улучшения экосистемных услуг и снижения экологического риска, связанного с шахтными отходами. Cistus ladanifer и Lavandula pedunculata продемонстрировали адекватное экологическое поведение, у них не наблюдалось никаких визуальных симптомов недостаточности питания и фитотоксичности. Щелочной барьер, стабилизировал и изолировал сульфидные отходы, умень-шая/предотвращая их негативное влияние на поверхностный слой и растительность. Несмотря на эффективность и устойчивость технологии при реабилитации земель, содержащих отходы, богатые сульфидом, для оценки на месте важно внедрение этой биотехнологии в полевых условиях [10].

Исходя из проведенного анализа, были выделены основные проблемы по отрасли добычи и переработки металлов в Башкортостане. Биотехнологические решения данных проблем становятся все актуальнее, например, лидерами в процессах бактериального извлечения металлов являются бактерии рода Acidithiobacillus. Для рекультивации земель, где добывают редкоземельные металлы, предлагается использовать гипераккумулирующее многолетнее растение Paspalum conjugatum – обнаружена их эффективность в снижении концентраций Pb и Cd в почве. Биотехнология, основанная на свойствах растений Cistus ladanifer и Lavandula pedunculata, оказалась эффективной и устойчивой при реабилитации земель, содержащих отходы рудников, богатые сульфидом. Перспективно также использование микробов Thermoanaerobacter для извлечения металлов в виде наночастиц, что представляет собой безопасную и экологически чистую альтернативу химическим и физическим методам.